應對萬物互聯(lián)趨勢加劇和數(shù)據(jù)需求激增 “曲線球”系統(tǒng)可繞障傳輸超高頻信號

美國普林斯頓大學研究團隊開發(fā)出一種創(chuàng)新“曲線球”系統(tǒng)，可高速穩(wěn)定傳遞超高頻信號。這一神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)，能夠動態(tài)塑造無線信號的傳輸路徑，就像“曲線球”一樣繞過障礙物，從而維持穩(wěn)定、高速的通信連接，可應對萬物互聯(lián)趨勢加劇和數(shù)據(jù)需求激增難題。該研究成果發(fā)表于最新一期《自然·通訊》雜志。

超高頻信號，尤其是位于微波頻譜上端的亞太赫茲頻段，雖然具備傳輸當前無線系統(tǒng)10倍數(shù)據(jù)量的潛力，對虛擬現(xiàn)實、全自動駕駛汽車等高帶寬需求應用至關重要，但其信號以高度定向的波束形式傳播，極易被物體阻擋，即使用戶在房間移動或經(jīng)過書柜，也可能導致連接中斷。這一特性嚴重限制了其在復雜室內環(huán)境中的實際應用。

鑒于無線帶寬的壓力持續(xù)攀升，亞太赫茲頻段為實現(xiàn)更高傳輸速率和網(wǎng)絡容量提供了關鍵突破口。然而，如何在復雜、動態(tài)環(huán)境中保持可靠連接，一直是阻礙其應用的核心挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)方案依賴外部反射器來繞開障礙，但在多數(shù)現(xiàn)實場景中，反射器并不可靠或難以部署。團隊另辟蹊徑，采用一種名為“艾里波束”的特殊無線電波技術。該概念最早于1979年提出，其特點是能夠在傳播過程中沿彎曲軌跡前進，而非直線傳播。通過精確控制波束的曲率和彎曲位置，信號可以繞過障礙物，在非直視條件下實現(xiàn)有效傳輸。

然而，如何在瞬息萬變的環(huán)境中實時選擇并優(yōu)化最佳彎曲路徑，仍是一個極具挑戰(zhàn)性的問題。團隊此次引入神經(jīng)網(wǎng)絡，構建了一個能夠快速適應環(huán)境變化的智能系統(tǒng)。其工作方式類似于職業(yè)籃球運動員的投籃決策：運動員不會在每次投籃時進行復雜計算，而是依靠經(jīng)驗判斷出手角度和力度。同時，團隊開發(fā)了一個高保真模擬器，使神經(jīng)網(wǎng)絡能夠在虛擬環(huán)境中高效學習，適應各種障礙布局和動態(tài)變化。

最終，實驗驗證了該技術的可行性——超表面天線能夠精細引導波束方向和形態(tài)，實現(xiàn)對信號路徑的主動調控。

這項工作解決了一個長期阻礙高頻無線通信在動態(tài)環(huán)境中落地的關鍵問題。團隊展望，隨著技術進一步發(fā)展，未來的發(fā)射器將能智能導航最復雜的環(huán)境，為沉浸式虛擬現(xiàn)實、全自動駕駛交通等目前仍難以實現(xiàn)的應用，提供超高速、高可靠的無線連接支持。